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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Digitalpoti


Autor: alex (Gast)
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Hi Leute,

ich benötige für eine Röhrenvorstufe Potis, deren Wert ich per
Mikrocontroller einstellen kann. Mein erster Gedanke waren
Digitalpotis, (z.B. von AD), jedoch ist die Spannungsfestigkeit dieser
Potis nur bei 15V. Da bei Röhrentechnik Spannungen von mehreren Hundert
Volt anliegen können, habe ich mir überlegt, zwei Fotowiderstände in
Reihe zu schalten, die ich dann jeweils mit einer LED per PWM
ansteuere. Dies hätte auch den positiven Nebeneffekt, dass der
Digitalteil und Analogteil vollkommen getrennt sind. Nun meine Frage:
Wie sieht dies mit der Langzeitstbilität und Reproduzierbarkeit aus??
Zur Langzeitstabilität: Wenn ich z.B. bei 50% PWM einen Wert von z.B.
50kOhm messe, messe ich diese dann auch noch in einem Jahr??
Wenn ich die Schaltung mehrfachbaue, habe ich dann immer das selbe
Verhalten der "Potis"??

mfg

Alex

Autor: till (Gast)
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PGA2310 oder relais und präzisionswiderstände.

Autor: Oliver Rother (Gast)
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Leuchtdioden und andere Halbleiter "altern" durch Diffusion, das kann
EInfluss auf die Reproduzierbarkeit haben. Ausserdem wird das sicher
nicht linear sein, falls es darauf ankommt. Okay, die Kennlinie könnte
man im Controller falten.

Ich würde normale Potis nehmen und die per Servo oder Stepper
ansteuern.

Autor: Kai Markus Tegtmeier (Gast)
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PGA2310 scheidet m.E. aufgrund der hohen Spannungen aus.
Schau doch mal bei Alps, ob da nicht passende Motorpotis
dabei sind.

Greetz
kmt

Autor: Thomas (Gast)
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Hallo Alex,

die Spannungen in Röhrenanwendungen sind zwar recht hoch, aber liegen
diese denn an den Potis ? Wie Kai Markus sagte , sieh mal bei Alps
nach. Da gibt es sicher was passendes ....
Evtl. könntest du dir auch überlegen ein Modellbauservo und ein
entsprechendes Poti zu verwenden. Allerdings würde ich das Servo dann
evtl. direkt am Motor ansteuern....

Gruß Thomas

Autor: alex (Gast)
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Es liegt zwar nicht die kommplette Versorgungsspannung an den Potis,
jedoch können da schon mal über 15V anliegen. Ich habe noch kein
passendes IC gefunden, welches diese Spannungen verkraftet.

Die Möglichkeit ein normales Poti zu benutzen und per Motor oder
Modellbauservo anzusteuern hatte ich auch schon, aber ich benötige etwa
10 Potis. Daher scheidet diese Lösung aus Platzmagel und Kosten aus.

Für weitere Vorschläge bin in Dankbar

mfg

Alex

Autor: The Daz (Gast)
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Bei Conrad gibts Alps Motor-Potis schon ab 9,-, Baubreite ca. 25mm.

Autor: Thomas W. (Gast)
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Interessante Idee mit den LDR, vor allem weil da keine Mechanik mit im
Spiel ist. In welchem Bereich und mit welcher Auflösung sollen sich
denn die Widerstände einstellen lassen?
Eventuell kannst du ja eine Regelschleife aufbauen, mit der erstmal ein
paar Referenzpunkte angefahren werden um die Schaltung neu zu
justieren.
Gruß, Thomas

Autor: Oliver Rother (Gast)
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Da kann man auch gleich Optokoppler nehmen und die per PWM ansteuern.

Autor: Thomas (Gast)
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Hallo Alex,

was möchtest du denn mit den Potis einstellen ?

Gruß Thomas

Autor: alex (Gast)
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Ich möchte einfach die Potis in dem Schaltplan durch per Mikrocontroller
einstellbare Widerstände ersetzen, und das nach möglichkeit ohne
mechanische Teile.

http://195.178.239.50/ax84/media/ax84_m175.pdf

mfg

Alex

Autor: Gast ein Anderer (Gast)
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Eigentlich keine schlechte Idee. Das mit der Alterung sollten sich ja
mit einem zusätzlichen Trimmer erledigen lassen. Problem könnte die
Spannungsfestigkeit der LDR werden. Solltest du mal überprüfen was die
vertragen.
Gruß

Autor: alex (Gast)
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Das mit der Spannnungsfestigkeit ist kein Problem, die Photowiderstände
die ich benutzen möchte haben eine Spannungsfestigkeit von 150V.

Autor: Jan Ahuis (Gast)
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Hallo. Ich werd mal versuchen eine ausführliche Lösung deines Problems
zu geben.
Als erstes möchte ich anmerken das mir die Idee mit den LDRs gefällt.
LDR-schaltungen wurden im Zeitalter der Röhrentechnik für analoge
Multiplikatoren eingesetzt. Man kann sie auch für das einstellen der
Filter und Lautstärke einsetzen.Halbleiter direkt in den Signalkreis
des Röhrenverstärkers einzubauen ist ein Sakrileg. Wozu dann noch
Röhren ? In der Perepherie ist es aber ok. Man benutzt ja auch
Brückengleichrichter und nicht mehr die EABC 80.
LDRs im Signalkreis erhalten die Nostalgie da sie historisch älter als
Röhren sind. Eine direkte Ansteuerung der Koppler über PWM funktioniert
nicht. Das ungefilterte PWM Signal enthält immer digitalen Schmutz und
führt zu nicht verhersagbaren Störeffekten in der Röhrenschaltung. Eine
zur Gleichspannung gefilterter PWM müsste jedoch funktionieren. Die
LED/LDR Koppler sind jedoch schlecht direkt zu Steuern:
(Ich meine Steuern,nicht Regeln.)

- stark nicht lineare Kennlinie
- starke Temperaturabhängigkeit (Umgebung von Röhren = ziemlich warm)
- Alterungsempfindlich

Positive Eigenschaften sind jedoch:

- grosser Stellbereich von etwa 10MegaOhm bis einige 100 Ohm.
- träge und leicht zu Regeln
- hohe Spannungsfestigkeit

Wie man ein LDR als Poti verwendet das ist schon seit der Frühzeit der
Röhrentechnik bekannt.
Die Störfaktoren lassen sich leicht beseitigen so dass die Alterung der
LEDs und LDRs, ihre krummen Kennlinien sowie ihre
Temperaturkoeffizienten kaum eine Rolle spielen. Die Antwort ist ein
LED/LDR Paar in einem geschossenen Regelkreis das auf den gewünschten
Parameter stabilisiert wird und als Referenz für ein offenes LED/LDR
Paar dient.
Ich zeige erst einmal eine Schaltung die einen LDR mittels Spannung auf
einen variablen Wert einstellen kann.
(siehe angehängtes Bild)
Der Sollwert für den Widerstand des LDR2 wird durch die analoge
Spannung vorgegeben. Die Koppler D1/LDR1 und D2/LDR2 sollten aus
möglichst gleichen Bauteilen aufgebaut werden. Das heisst LDR1 und LDR2
sollten nicht nur vom gleichen Typ sein sondern auch aus der gleichen
Produktionscharge stammen. Gleiches gilt für D1 und D2. Die Schaltung
beruht auf der Annahme das sich die beiden Koppler genau gleich
verhalten. Die Koppler sollen auch thermisch verbunden sein.
V2 liefert eine Spannung die dem Widerstand von LDR1 linear
proportional ist.
V1 dient als P-Regler (Kp>10^6)  und erhöht den Strom durch D1 und D2
bis das Verhältnis LDR1/Rref = Ue/Uref.
Da sich Koppler 1 und 2 fast völlig gleich verhalten ist der Widerstand
von LDR1 gleich dem von LDR2 !
Angenommen das die LEDs und LDRs in gleicher Weise  auf
Temperaturschwankungen und Alterung reagieren sollte die Schaltung auf
lange Zeit ihre Präzision behalten.
Der Widerstand Rref sollte ein präziser Metallschichtwiderstand sein.
Rref bestimmt direkt den Wert des emulierten Potentiometers.
Rv für D2 und D1 ist weniger wichtig und kann ein Kohlewiderstand
sein.
D2 und D1 sollten superhell sein um den LDR möglichst Niederohmig
aussteuern zu können.
V1 und V2 sollten langsame full swing OP amps sein um eine Neigung zu
Schwingungen zu vermeiden.
Oder einfach LM358 @ +-12V ?
Für ein vollwertiges Poti müssen zwei dieser Schaltungen zusammengefügt
werden. (siehe Skizze)

Das ganze geht aber eventuell auch Digital und auf ~10 bit genau.
Ich poste gleich wie.

Autor: Jan Ahuis (Gast)
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Das ganze geht auch mit einem digitalen Regelkreis.
z.B. mit einem ATmega.
V2 erzeugt wieder eine Spannung die dem Widerstand von LDR1
proportional ist.
Diesmal mit Uref = -2,5V um am Ausgang ein 0...+2,5V Signal zu
erhalten.
ACHTUNG! Der Ausgang von V2 kann auf +- Rail gehen also muss eventuell
noch eine Schutzschaltung zwischen V2 und dem ADC Eingang. Oder ein
Gegenkopplungsbegrenzer an V2 (Schottky/ Zehnerdiode antiparallel) tut
es auch.
Der Einfachheit halber habe ich das nicht eingezeichnet.
V1, T1 und R1 sind als Spannungs-zu-Strom-Wandler verschaltet und
treiben die Dioden D1 und D2.
V1 erhält eine analoge Spannung über ein RC filter das das PWM-signal
zu einer Gleichspannung siebt.
Das Tastverhältnis des PWM bestimmt somit den Strom durch die LEDs.
Das PWM Signal wird vom µC verändert bis LDR1 und LDR2 den gewünschten
Wert haben.

Der Regler ist in diesem Beispiel ein I Regler.
P und andere sind wahrscheinlich weniger stabil und benötigen höhere
abtastraten.
Ein I Regler renkt sich immer irgendwie ein und braucht noch nicht mal
eine konstante Abtastrate. (theoretisch)
Man kann den PWM und den ADC eventuell multiplexen wobei der Filter an
V1 als primitiver Analogspeicher fungiert.
Dazu muss der Eingang hochohmig mit einen analog multiplexer abgetrennt
werden. Sonst entlädt sich der Kondensator und es knattert es im Gebälk.


Der PWM/ADC Kreis kann auch analoge Spannungen in ein Array von
Kondensatoren schreiben die ihr Spannnungssignal and einen analogen
Regelkreis wie oben weitergeben.

Wie ich sehe brauchst durch circa 13 digital einstellbare Widerstände.

Einige davon mit logarythmischen Verhalten. Die sollten am besten mit
Netzwerken emuliert werden die aus linearem Digitalpoti und festen
Widerständen bestehen.
Eventuell entstehen sonst Probleme mit der Einstellbarkeit, auch bei 10
bit Auflösung.

Alles ungetestet. Versuch erst mal die analoge Version und überprüfe
mit einem Multimeter ob und wie genau sich der Widerstand einstellen
lässt.
Besonders bei verschiedenen Werten von Rref.

Autor: Oliver Rother (Gast)
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Für sowas gibts Optkoppler. Die kann man bei 2kHz auch gut per PWM
ansteuern.

Autor: Paul Baumann (Gast)
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Maxim fertigt Digitalpotentiometer (DS1666) mit verschiedenen
Widerstandswerten. Ich habe damit einen fernbedienbaren Verstärker
gebaut. Ein At90s2313 steuert 4 Stück an. Geht gut!

Guck mal dort:http://www.maxim-ic.com/quick_view2.cfm/qv_pk/2747

Autor: EZ81__ (Gast)
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'Wide analog voltage range of ±5 volts' ist etwas wenig, wenn die
Röhrenvorstufe ±100V auf das Poti gibt ;)

Ich habe hier einen Schaltplan (auf Papier) eines fernbedienbaren
Pegelstellers aus der Rundfunktechnik (= Qualität ohne Rücksicht auf
Kosten dank GEZ ;) ), der zur Pegeleinstellung (natürlich mit OpAmps)
einige LDR-Paare + LED in je einem Gehäuse benutzt, die prinzipiell so
wie im 'Analog'-Beispiel angesteuert werden, falls ich den Schaltplan
verstanden habe ;). Eine Typenbezeichnung für diese Otokopplerpaare
steht leider nicht dabei.

In der MesaBoogie Triaxis-Vorstufe werden diePotis auch mit
Optokopplern  ersetzt, der Schaltplan schweigt sich über den
interessanten Teil aber aus.

Grüße
;Matthias

Autor: Thomas Geier (Gast)
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Es gibt die Kombination LED+LDR fertig als Bauteil. Irgendwie wurde am
Anfang basteln erwähnt. Die Sache nennt sich dann Varistor. Quasi ein
spannungsgesteuerter Widerstand.

Autor: Jan Ahuis (Gast)
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Varistor ? Der hat nichts mit LDRs zu tun. Das ist ein Widerstand mit
hohem Tempraturkoeffizient der sich durch die eigene Verlustleistung
aufheizt. Sie werden z.B. bei der entmagnetisierung von bildröhren
verwendet oder als träge wiederverwendbare Sicherung.

LED/LDR koppler gibt es wohl nicht bei ALDI.

Alternative zu LDRs währen hochvolt MosFETs/IGBTs die von photovoltaik
kopplern (PVIs) gesteuert werden.
z.B. PVI 1050 oder PVI 5013 von IRF.
Der Drain-Source-widerstand ist über weite Spannungsbereiche und für
kleine Drainströme ausreichend linear.
Auch hier muss wieder der bekannte Regelkreis aufgebaut werden.
Die beiden FETs sind Thermisch zu koppeln und hohe Verlustleistungen
sollten gemieden werden.
Damit sind dann Spannungsfestigkeiten bis 600Volt und mehr möglich.

Eine Alternative :
Es gibt Hochvolt Optokoppler wie z.B. SFH619A  die bis 300V und mehr
spannungsfest sind.
Mit 8 dieser Koppler und 8 widerständen einfach einen in 255 binären
stufen schaltbaren Widerstand aufbauen.
Eine kompakte Alternative zu Relais+Widerstand und sehr berechenbar.
Jedoch sind dann für deinen Verstärker 13 x 8 = 104 Optokoppler nötig.
Das bei 8 bit Auflösung.
Kostet dann wohl 10 bis 30 Euro pro "Poti".
Aber immer noch besser als 104 bistabile Relais mit 104
Relaistreibern.

Schlagwort PWM:
Elektronischer Schalter in Reihe mit einem kleinen Widerstand im
chopperbetrieb wirkt wie ein grösserer ohmscher Widerstand.
Darauf wollen wohl viele hier hinweisen.
Theoretisch in Ordung, bei kleinen Gleichspannungen und nur in
Sonderfällen.
Der Leitwert des widerstands wird mit dem Tastverhälnis multipliziert
und nicht der Widerstand.
Tastverhältnis 1/250 multipliziert den widerstand auf das 250-fache.
125/250 auf das zweifache und 249/250 nur auf das
1,004 fache . Die einstellbarkeit ist also auf fixe ganzzahlige
verhältnisse  von n/(a-n) festgelegt !
Besser ist es man nimmt die Pulsmengen Modulation (PMM) da bei ihr das
tastverhälnis 1/n ist.
Womit sich sich der Widerstand mit n+1 multipliziert.
Daraus ergibt sich aber dass die Pulsfrequenz einen sehr weiten Bereich
überstreicht !
Komplexe Netzwerke solcher zerhackten Widerstände verhalten sich nicht
so trivial wie ihr reales equivalent. Du müsstest alles neu berechnen
und überdenken damit der filter wie ursprünglich gedacht funktioniert.
Darüber hinaus ist es in einem Röhrenverstärker wahrscheinlich nicht
sehr praktikabel.
Die Filter des Röhrenverstärkers enthalten mit hoher Spannung geladene
Kapazitäten and die man weder in Reihe noch Parallel irgenwelche
Schalter anbringen sollte die nur einige milliampere aushalten.
Die Strompulse und der durchquerte Spannungsbereich sind ziemlich
gross.
Sagen wir mal wir choppern einen 400Ohm Widerstand mit einem
Tastverhältnis von 1/250 damit er sich Gleichspannungsmässig (oder für
niedrige frequenzen) wie ein 100kOhm Widerstand verhält. Damit enstehen
Pulse bis zum 250 fachen des im emulierten Widerstands fliessenden
Stroms. I=Q/t muss ja irgendwie transportiert werden.
z.B. 100k emulierter Widerstand parallel zu einem C bei 100 V
===> ca. 250x 100V/100k = 250mA Puls bei vollen 100 anliegenden Volt.
Das gibt wahrscheinlich viel Rauch und einen Knall wenn man das direkt
mit einem SFH619A schaltet. Ein starker Transistor in Schaltung mit
einem SFH619A könnte die Last aushalten.
Ein weiteres Problem ist eventuelles "Klingeln" und ungewünschte
Kopplungen der Pulse. Röhren sind sehr dynamisch und aus deinem
Verstärker wird dann eventuell ein Kurzwellensender.
Ausserdem ist es eine Audio Anwendung bei der die PWM jenseits 44kHz
liegen sollte. PWM mit 50 kHz und 8 bit auflösung ==> Ein 78 ns Puls
müsste noch sauber geschaltet werden.
Die PMM ginge von 50kHz bis 12.5 MHz.
Beachte das alles sehr hochohmig ist und röhrenverstärker lange
leitungen haben !
Ein einfaches RC Glied kann man bei niedrigen spannungen durchaus mit
PWM oder PMM tunen.
Wie die komplexen RC filter in deinem Röhrenverstärker auf PMM
reagieren kann ich auf den ersten Blick nicht sagen.
Wahrscheinlich nicht so wie erhofft.  Analoge filter sind nicht  so
trivial in den Switched Filter Bereich übertragbar.
Ausserdem sind switched R Achitekturen unpopulär und kaum in der
gängigen Literatur beschrieben.
PWMs und PMMs unterliegen Nyquist's Sampling Theorem und du bekommst
überall zusätzlich phasendrehungen die sich auch noch addieren.
Und,und,und...
Für den Röhrenverstärker ist das absolut nichts.

Autor: Paul Baumann (Gast)
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Schicke doch mal den Schaltplan der Röhrenvorstufe mit. dann kann
man sich mal ein Bild machen, wo die Potis sitzen und wie überhaupt und
warum und so... :-))

MfG Paul

Autor: Thomas Geier (Gast)
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Sorry. Ich hab nicht extra nachgeschaut. Das Teil nennt sich Vactrol und
ist scheinbar ein etwas exotischeres Bauteil. Ich konnte mich nur daran
erinnern es schonmal irgendwo gesehen zu haben.

Autor: Thomas Geier (Gast)
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Ich hab jetzt nochmal etwas rumgeschaut. Es scheint auch oft mit
Röhrenschaltungen aufzutreten.

Ich kam darauf, da man bei einem spannungsgesteuerten LP-Filter auch
spannungsgesteuerte Widerstände benötigt. Evtl. könnte man sich da mal
einige Schaltungen anschauen. Es gibt scheinbar auch eine Lösung mit
einer Diodenkette.

Autor: sammy (Gast)
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Hallo,

ist aus dem Projekt etwas geworden?
Ich habe gerade die gleiche Problemstellung.

lg
Samuel

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